微波無線輸能

傳輸網絡技術

微波無線輸能內容簡介2024/3/5內容簡介2024/3/5三星GalaxyS6 2015年4月三星GalaxyS6Edge 2015年3月三星GalaxyS6Active索尼XperiaZ4v 2015年8月谷歌Nexus6 2014年10月摩托羅拉DroidTurbo 2014年10月諾基亞Lumia930 2014年04月內容簡介2024/3/5

人類用電已經有160多年的歷史了，我們所熟悉的電能輸送都是靠電線，而隨著時代的進步與科技的發(fā)展，傳統(tǒng)的有線輸電方式已經顯得捉襟見肘甚至無能為力。采用無線輸電技術（WirelessPowerTransmission-WPT）可以避免很多災害對電力系統(tǒng)的侵擾。WPT在能源、通信、軍事、深空探測等領域有廣闊的應用前景，因此具有極高的科研價值。內容簡介2024/3/5無接觸式電能傳輸又名ContactlessPowerTransmission（CPT）英文名無線功率傳輸WirelesspowerTransmission（WPT）英文名就是不使用導線連接而借助于電磁場或電磁波等軟介質進行能量傳遞的一種技術顧名思義內容簡介2024/3/5磁感應耦合式磁耦合諧振式微波輻射式激光式微波無線輸能2024/3/5原理設計

效率

總結原理設計

效率

總結微波無線輸能2024/3/5原理2024/3/5

微波電能傳輸?shù)囊话氵^程是，利用射頻信號源將直流電轉換成微波信號，即DC-RF；經過功率放大器（多級）將微波功率放大后輻射至自由空間，再由整流天線接收微波能量并整流，為負載提供直流電能。大功率微波源技術已經比較成熟。產生微波的真空管包括磁控管、行波管和速調管，固態(tài)器件有半導體器件和混合型器件。原理2024/3/5原理2024/3/5

微波發(fā)射天線的作用是將微波發(fā)射機產生的射頻能量發(fā)射傳輸?shù)浇邮仗炀€口面上。用于微波無線輸能系統(tǒng)的發(fā)射天線要求發(fā)射天線具有高聚焦、大功率的特性，能夠實現(xiàn)能量的定向傳輸，所以通常采用口徑功率密度較大的反射面天線。

在一些移動目標的微波無線輸能系統(tǒng)中，發(fā)射天線需要根據(jù)目標的運動狀態(tài)而改變波束的發(fā)射方向，實現(xiàn)波束方向或波束功率的控制，可選擇相控陣天線，如具有自相位能力的回溯天線陣，不僅能夠實現(xiàn)波束的高定向傳輸，而且還可以實現(xiàn)饋電機制可控，從而提高系統(tǒng)DC-DC的傳輸效率。原理2024/3/5

接收微波能量的器件也是天線，在接收天線上整合整流電路及整流所必須的濾波電路等就形成了整流天線，整流天線可以從自由空間中接收微波能量并將其整流為滯留能量提供給負載。

整流電路中低通濾波器的作用是讓基頻通過,阻止天線的其他頻率分量進入整流電路,同時反射二極管產生的高次諧波;匹配電路實現(xiàn)接收天線與濾波器之間的匹配。直通濾波器的作用是只讓直流通過,將基頻及基頻以上的諧波反射回到整流二極管,一方面提高了輸出直流的平穩(wěn)度,另一方面將反射的能量再一次整流利用，也可以把低通濾波器的功能用諧波抑制天線代替以減小整流電路體積。原理設計效率總結微波無線輸能2024/3/5設計2024/3/5原理設計效率總結微波無線輸能2024/3/5效率2024/3/5

傳輸效率是衡量微波無線輸能系統(tǒng)性能的主要指標，是系統(tǒng)設計的主要依據(jù)，因此微波無線輸能系統(tǒng)的設計需要根據(jù)各組件性能進行效率的研究，并結合組件的實際情況給出合適的指標分配，這也是對系統(tǒng)效率進行分析、改進和提高的重要途徑。效率2024/3/5微波發(fā)射機效率：ηs發(fā)射天線效率：ηtr接收天線效率：ηr整流電路效率：ηrec直流合成效率：ηdc系統(tǒng)傳輸效率：效率2024/3/5微波功率源目前，大功率微波源技術已經比較成熟。普通磁控管是常規(guī)電真空器件中效率最高的，最高能達到80%以上，通常情況也有60一70%。在5.8GHz工作的電子能量轉換效率可達58.5%。用于微波爐的商用磁控管直接用于相控陣的輻射單元,價格每只不超過15美元。因此磁控管在WPT系統(tǒng)中被較多的采用。效率2024/3/5整流天線

整流天線效率分為接收天線對微波的接收效率和整流電路的整流效率兩部分。接收效率依賴于天線的優(yōu)化設計，整流效率由二極管特性參數(shù)、直流負載以及對高次諧波的抑制能力等因素決定。使用肖特基整流二極管，轉換效率可以達到80%以上。效率2024/3/5整體無線輸電系統(tǒng)的輸能效率就是以上各部分效率的乘積。如NASA對5.8GHz頻段的DC一DC轉換效率做了詳細估算。三部分效率分別可達ηg=76.6%，ηt=81.5%，ηr=72.1%，實現(xiàn)了總體DC一DC效率為η=45%。原理設計效率總結微波無線輸能2024/3/5總結2024/3/5發(fā)展前景：各大公共場所安